发电机房的余热量计算目的和方法

信息来源：www.sgfdj.com 发布日期：2025-11-15 浏览次数：

摘要：柴油发电机房余热量计算的根本目的是为了设计和选择合适的通风系统，以确保机房设备安全、可靠、高效地运行，并为人员提供适宜的工作环境。因此，在一台柴油发电机燃料燃烧产生的总热量中，我们需要计算的是散发到机房内部、需要由通风系统带走的那部分热量，主要包括发动机缸套水散热（如果采用风冷散热器）、发动机本体辐射热、排气管辐射热和发电机本体散热。

一、计算余热量的目的

1、保证发电机组的有效冷却

这是最首要的目的。柴油发电机组在运行时，只有约30-40%的燃料能量转化为电能，其余大部分能量会以热量的形式散发出去。

（1）散热途径：这部分热量主要通过发动机的缸套水冷却系统（约30%）、发动机表面辐射、排气系统（约30%）以及发电机本体散发到机房空气中，如图1所示。

（2）风险：如果这些热量不能及时被排出机房，机房环境温度会急剧升高。过高的环境温度会导致：

（3）发电机组效率下降：进气温度高，燃烧不充分，输出功率降低。

（4）设备过热损坏：发动机、发电机、控制系统等因长期高温工作而寿命缩短，甚至引发故障。

（5）启动困难：高温环境下，冷启动会变得困难。

2、确定通风系统的容量和规格

余热量是设计机房机械送、排风系统的核心依据。

（1）通风量计算：通过计算出的总余热量，可以精确计算出需要多少室外新风来带走这些热量。这直接决定了送风机和排风机的风量、风压和功率选择。

（2）公式简化理解：通风量(m³/h)≈总余热量(kW)/(空气比热容×温升)×安全系数。通过这个公式，可以确定需要多大的风量才能将室温维持在允许的范围内。

（3）系统设计：确保通风系统有能力在发电机满负荷运行时，将机房温度控制在设备制造商规定的范围内（通常为40°C以下）。

3、为操作人员创造安全的工作环境

发电机房可能需要人员定期巡检或维护。

（1）职业健康与安全：极高的温度和恶劣的空气环境会对人员健康构成威胁，可能导致中暑、脱水等。

（2）合规性：确保工作环境符合国家关于工业场所的职业健康与安全法规。

4、确保机房的消防安全

（1）风险控制：适当的通风可以避免可燃气体或油蒸汽的积聚，降低火灾风险。

（2）温度控制：防止因温度过高引燃周围的易燃物。

柴油发电机组燃烧总热量分布图.png

图1 柴油发电机组燃烧总热量分布图

二、余热量的计算方法

发电机房的余热量等于机房内柴油发电机组（含排烟管）及其他设备（如照明、空压机等）的发热量减去电站围护结构的散热量，即：

Q_余＝Q_发－Q_散

Q_发＝Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄

式中，Q₄可根据不同设备由通风空调专业知识求得；Q_散也可按传热学中的方法计算。

但由于Q₄、Q_散与Q₁、Q₂、Q₃相比值较小，再者，Q₄与Q散正好是一个发热一个散热。所以设计规范中规定电站机房的热负荷只包括柴油机散发热量Q₁、发电机散发热量Q₂和排烟管道所散发热量Q₃，而其他设备、人员和照明的发热量Q₄及通过围护结构的散热量Q散可以不予计算，即

Q＝Q₁＋Q₂＋Q₃

例：某地下电站机房内配置两台6135D型柴油机带75kW发电机的机组。机房的建筑平断面尺寸如图1所示。已知岩石的导温系数α＝0.00245㎡/h，导热系数入＝1.1kcal/（m·h·℃）。岩石温度为18℃。机房内操作人员2人，照明标准15W/㎡，求电站机房的余热量。烟管的直径和保温情况查表1～表5。

表1 玻璃纤维制品保温计算

公称直径	管子直径	tap=225℃,取λ=0.05 t=400℃,tn=35℃				tp=175℃,取λ=0.043 te=300℃,tn=35℃				te=125℃,取λ=0.04 ta=200℃,tn=25℃
公称直径	管子直径	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ
mm	mm	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h
50	57	50	177	0.0221	106	40	157	0.0168	77	30	137	0.0122	56
65	73	50	193	0.0251	124	40	173	0.0193	90	35	163	0.0167	60
80	89	55	219	0.0314	135	45	199	0.0240	98	35	170	0.0189	70
100	108	60	248	0.0391	146	45	218	0.0282	111	35	198	0.0216	81
125	133	60	273	0.0446	168	50	273	0.0364	119	40	233	0.029	86
150	159	60	299	0.0503	193	50	279	0.0413	138	45	269	0.037	91
200	219	70	389	0.0811	219	55	350	0.0635	167	50	349	0.0581	110
250	273	70	443	0.0956	260	55	413	0.0754	202	50	403	0.069	129
300	325	75	505	0.117	285	65	485	0.102	212	55	465	0.0868	142
350	377	80	567	0.141	310	65	537	0.115	230	55	517	0.0983	165
400	426	80	616	0.155	340	65	586	0.127	252	55	566	0.109	L
450	478	80	668	0.171	380	65	638	0.140	284	55	618	0.121	198
500	529	80	719	0.186	413	65	689	0.153	308	55	669	0.132	216
600	630	80	820	0.216	486	65	790	0.178	345	55	770	0.154	261
700	720	90	930	0.272	490	75	900	0.229	358	60	870	0.187	263
800	820	90	1030	0.305	550	75	100	0.257	406	60	970	0.211	303

表2 硅石制品保温计算

公称直径	管子直径	tp=275℃,取λ=0.1245 t=500℃,tn=35℃				p=225℃,取λ=0.043 t=400℃,ta=35℃				tp=175℃,取λ=0.089 t=300℃,tn=35℃				tp=125℃,取λ=0.085 t.=200℃,ta=25℃
公称直径	管子直径	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ
mm	mm	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h
50	57	70	217	0.0344	265	65	207	0.0344	168	55	187	0.0249	127	50	177	0.0220	86
65	73	70	233	0.0384	305	70	233	0.0384	186	60	213	0.0314	140	55	203	0.0282	95
80	89	75	259	0.0464	331	75	259	0.0464	204	65	239	0.0386	154	55	219	0.0314	107
100	108	80	288	0.0500	362	75	278	0.0515	230	65	258	0.0431	172	60	248	0.0391	116
125	133	85	323	0.0680	400	80	313	0.0630	252	70	293	0.0535	191	60	273	0.0446	135
150	159	90	359	0.0813	436	85	349	0.0758	277	75	329	0.0758	207	65	309	0.0551	145
200	219	95	430	0.114	536	90	420	0.107	330	80	409	0.0937	252	70	389	0.0811	177
250	273	100	503	0.140	604	95	493	0.132	380	80	463	0.110	287	70	443	0.0956	210
300	325	100	555	0.159	685	95	545	0.150	435	85	525	0.134	326	75	505	0.117	230
350	377	105	617	0.187	746	100	607	0.178	470	85	577	0.150	368	75	557	0.132	260
400	426	105	666	0.206	825	100	656	0.195	521	85	626	0.165	408	75	606	0.146	287
450	478	110	728	0.237	866	105	718	0.225	551	90	688	0.192	432	75	658	0.161	317
500	529	110	779	0.257	950	105	769	0.245	600	90	739	0.209	470	80	719	0.186	330
600	630	110	880	0.289	1100	105	870	0.283	694	90	810	0.242	516	80	820	0.216	384
700	720	120	990	0.362	1200	110	970	0.332	750	95	910	0.287	600	80	910	0.243	432
800	820	125	1100	0.422	1240	110	1070	0.371	844	95	1010	0.321	660	80	1010	0.273	486

表3 硅藻土制件保温计算

公称直径	管子直径	=275℃,取λ=0.1395 t=500℃,t=35℃				tp=225℃,取λ=0.127 t=400℃,t-35℃				tp=175℃,取λ=0.11 t。=300℃,ta=35℃				p=125℃,取λ=0.1035 te=200℃,ta-25℃
公称直径	管子直径	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ
mm	mm	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h
50	57	75	227	0.0379	286	70	217	0.0344	212	60	197	0.0279	156	45	167	0.0193	109
65	73	75	243	0.0422	327	70	233	0.0384	248	60	213	0.0344	180	50	193	0.0251	118
80	89	80	260	0.0500	358	75	250	0.0464	265	65	239	0.0386	196	50	209	0.0281	136
100	108	85	298	0.0606	390	80	288	0.0560	286	70	268	0.0472	212	55	238	0.0353	146
125	133	90	333	0.0732	432	85	323	0.0680	319	75	303	0.0582	236	60	273	0.0446	162
150	159	95	369	0.087	470	90	350	0.0813	355	80	339	0.0704	260	60	299	0.0593	185
200	219	100	449	0.121	569	95	439	0.114	421	80	409	0.0937	300	65	379	0.0751	220
250	273	110	523	0.156	630	100	503	0.140	481	80	463	0.110	357	70	443	0.0956	247
300	325	110	575	0.177	712	100	555	0.159	550	80	515	0.125	408	70	495	0.109	287
350	377	115	637	0.207	780	100	607	0.178	620	90	587	0.159	425	75	557	0.132	312
400	426	115	680	0.227	860	100	656	0.195	672	90	630	0.175	467	75	606	0.146	340
450	478	115	738	0.248	947	105	718	0.225	720	95	698	0.203	498	80	668	0.171	350
500	529	115	780	0.260	1020	110	770	0.257	755	95	749	0.221	555	80	719	0.186	390
600	630	120	900	0.324	1150	110	880	0.296	875	100	860	0.269	605	80	820	0.216	455
700	720	125	1000	0.378	1210	115	980	0.347	955	100	950	0.302	700	85	920	0.258	492
800	820	130	1110	0.430	1350	120	1000	0.405	1038	105	1060	0.354	740	90	1030	0.305	526

表4 矿渣制品保温计算

公称直径	管子直径	tp=275℃,取λ=0.06 te=500℃,ta=35℃				tp=225℃,取λ=0.0495 t.=400℃,tn=35℃				tp=175℃,取λ=0.045 te=300℃,ta=35℃				p=125℃,取λ=0.042 t.=200℃,ta-25℃
公称直径	管子直径	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ
mm	mm	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h
50	57	55	187	0.0249	152	50	177	0.0220	108	45	167	0.0193	74	30	137	0.0122	58
65	73	55	203	0.0282	175	50	193	0.0251	128	45	183	0.0221	88	30	153	0.0142	70
80	89	55	219	0.0314	202	50	209	0.0281	142	45	199	0.0240	98	30	160	0.0162	81
100	108	60	248	0.0391	218	55	236	0.0353	157	45	218	0.0282	117	30	188	0.0186	93
125	133	60	273	0.0446	254	55	263	0.0401	183	50	253	0.0361	125	40	233	0.0267	94
150	159	65	309	0.0551	274	60	299	0.0503	191	50	279	0.0413	143	40	259	0.0328	105
200	219	70	389	0.0811	332	70	389	0.0811	210	55	359	0.0535	175	40	329	0.0473	137
250	273	75	453	0.103	373	70	443	0.0956	282	60	423	0.0820	194	40	383	0.0566	165
300	325	75	505	0.117	432	70	495	0.100	303	60	475	0.0912	228	40	435	0.0656	193
350	377	75	557	0.132	488	75	557	0.132	314	60	527	0.106	254	40	487	0.0746	234
400	426	80	616	0.155	517	75	606	0.146	384	60	576	0.118	280	40	536	0.0831	242
450	478	80	668	0.171	570	75	658	0.161	399	65	638	0.140	300	40	588	0.092	268
500	529	80	719	0.186	626	80	719	0.186	405	65	680	0.153	321	50	659	0.121	280
600	630	85	830	0.229	687	80	820	0.216	475	65	790	0.178	380	50	760	0.142	289
700	720	85	920	0.258	774	85	920	0.258	507	70	890	0.215	398	50	850	0.160	328
800	820	90	1030	0.305	835	85	1020	0.289	570	70	990	0.242	453	50	950	0.181	378

表5 石棉灰保温计算

公称直径	管子直径	tp=275℃,取λ=0.06 te=500℃,ta=35℃				tp=225℃,取λ=0.0495 t.=400℃,tn=35℃				tp=175℃,取λ=0.045 te=300℃,ta=35℃				p=125℃,取λ=0.042 t.=200℃,ta-25℃
公称直径	管子直径	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ	保温层厚度	保温外径	V	qₑ
mm	mm	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h	mm	mm	m³m	kcal/m·h
50	57	55	187	0.0249	152	50	177	0.0220	108	45	167	0.0193	74	30	137	0.0122	58
65	73	55	203	0.0282	175	50	193	0.0251	128	45	183	0.0221	88	30	153	0.0142	70
80	89	55	219	0.0314	202	50	209	0.0281	142	45	199	0.0240	98	30	160	0.0162	81
100	108	60	248	0.0391	218	55	236	0.0353	157	45	218	0.0282	117	30	188	0.0186	93
125	133	60	273	0.0446	254	55	263	0.0401	183	50	253	0.0361	125	40	233	0.0267	94
150	159	65	309	0.0551	274	60	299	0.0503	191	50	279	0.0413	143	40	259	0.0328	105
200	219	70	389	0.0811	332	70	389	0.0811	210	55	359	0.0535	175	40	329	0.0473	137
250	273	75	453	0.103	373	70	443	0.0956	282	60	423	0.0820	194	40	383	0.0566	165
300	325	75	505	0.117	432	70	495	0.100	303	60	475	0.0912	228	40	435	0.0656	193
350	377	75	557	0.132	488	75	557	0.132	314	60	527	0.106	254	40	487	0.0746	234
400	426	80	616	0.155	517	75	606	0.146	384	60	576	0.118	280	40	536	0.0831	242
450	478	80	668	0.171	570	75	658	0.161	399	65	638	0.140	300	40	588	0.092	268
500	529	80	719	0.186	626	80	719	0.186	405	65	680	0.153	321	50	659	0.121	280
600	630	85	830	0.229	687	80	820	0.216	475	65	790	0.178	380	50	760	0.142	289
700	720	85	920	0.258	774	85	920	0.258	507	70	890	0.215	398	50	850	0.160	328
800	820	90	1030	0.305	835	85	1020	0.289	570	70	990	0.242	453	50	950	0.181	378

解：按照要求，取机房内的空气参数为：T_N＝35℃，φ_N＝75％

（1）计算发热量Q_发。

① 柴油发电机组的发热量：

根据柴油发电机的型号，一台柴油发电机组的散热量为Q₁＋Q₂＝15578 kcal/h。

考虑功率修正系数β，根据T_N＝35℃，Φ_N＝75％，查表3-4得β＝0.925。

因此两台柴油发电机组的散发热量为

Q₁＋Q₂＝2x0.925×15578

＝28819(kcal/h)

② 排烟管散发热量Q₃。

根据排烟管直径d＝150mm及保温情况，查表3-9知，每米排烟管的散热量为q＝388 kcal/（h·m）。现架空的排烟管有18m，所以排烟管的散热量为

Q₃＝18×388

＝6984(kcal/h)

③ 人员、照明设备发热量。

根据地下工程暖通空调设计手册中有关规定，其人员、照明设备发热量为

Q_人＝125×2

＝250(kcal/h)

最后得到

Q₄＝250＋1160

＝1410(kcal/h)

（2）计算围护结构的散热量。

根据有关公式和参数可按下列方法计算：

Q_散＝K(T_N－T₀)F

式中：K为传热系数；F为散热面积。

K值可按下式计算：

式中：α为机房内空气与围护结构表面的对流换热系数，当气流速度小于2.5m/s时，α＝25kcal/（h· ㎡· ℃）；a为岩石导温系数，已知a＝0.00245㎡/h；λ为岩石导热系数，已知λ＝1.1kcal/（m· h· ℃）；β为传热的形状修正系数；F₀为傅里叶准则；Z为加热期时间，对于有余热的工程，取Z＝8760h；R为传热当量半径，这里R＝3.17m。

可见计算结果差不多，完全可以不计Q₄和Q_散，并且使计算过程大大简化。

总结：

总而言之，柴油发电机房余热量计算不是一项孤立的学术活动，而是一切机房环境控制系统设计的基石。它的最终目的是为了通过精准的工程计算，构建一个可靠的环境控制系统（通风/空调），从而保障发电机组这一重要备用电源的“生命健康”，确保其在需要时能够顺利启动并满负荷运行，同时为设备和人员提供一个安全、适宜的物理环境。没有准确的余热量数据，后续的所有系统设计都将是盲目的，可能导致系统容量过大造成能源浪费，或容量过小导致机房过热和设备损坏，后果非常严重。

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